Рассчитайте объем водорода (н.у.), который образуется при взаимодействии 15г цинка с 150 г раствора 20% сульфатной кислоты.
Для решения этой задачи сначала определим, сколько вещества у нас имеется и какие реакции происходят.
Определение молекулярных масс:
- Молярная масса Zn (цинк) составляет примерно 65 г/моль.
- Молярная масса H₂SO₄ (серная кислота) составляет примерно 98 г/моль.
- Молярная масса водорода H₂ составляет примерно 2 г/моль.
Расчет количества вещества цинка: \[ n_{Zn} = \frac{m_{Zn}}{M_{Zn}} = \frac{15 \, \text{г}}{65 \, \text{г/моль}} \approx 0,231 \, \text{моль} \]
Определение количества сульфатной кислоты в растворе:
- У нас 150 г 20%-ного раствора H₂SO₄.
- Масса H₂SO₄ в растворе: \[ m_{H_2SO_4} = 150 \, \text{г} \times 0,20 = 30 \, \text{г} \]
- Количество вещества H₂SO₄: \[ n_{H_2SO_4} = \frac{30 \, \text{г}}{98 \, \text{г/моль}} \approx 0,306 \, \text{моль} \]
Уравнение реакции: Реакция между цинком и сульфатной кислотой: \[ Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 (г) \] Из уравнения видно, что 1 моль цинка реагирует с 1 моль сульфатной кислоты и образует 1 моль водорода.
Определение ограничивающего реактанта:
- У нас 0,231 моль цинка и 0,306 моль сульфатной кислоты. Поскольку цинка меньше, он будет ограничивающим реактантом.
Расчет объема водорода (при н.у.): По уравнению реакции, 1 моль Zn дает 1 моль H₂. Таким образом, 0,231 моль цинка даст 0,231 моль водорода.
Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) составляет примерно 22,4 литра на моль. Поэтому объем H₂: \[ V_{H_2} = n_{H_2} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 0,231 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} \approx 5,18 \, \text{л} \]
Таким образом, объем водорода, который образуется при взаимодействии 15 г цинка с 150 г 20%-ного раствора серной кислоты, составляет примерно 5,18 литров.
